(57)【要約】【課題】  ２つの面を滑らかに、且つ、連続的に連結するフィレット面の形状を作成することが可能な形状決定方法及び３次元形状処理装置並びに形状決定プログラムを提供することを目的とする。【解決手段】  第１の面とフィレット面と第２の面とを繋いだ稜線を２階以上微分可能な関数を用いて、フィレット面を作成する。【選択図】      図２
2006146437.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の面と第２の面とを滑らかに接続するフィレット面の形状を決定する形状決定方法であって、
前記第１の面と前記フィレット面と前記第２の面とを繋いだ稜線を２階以上微分可能な関数を用いて、前記フィレット面を作成する形状決定方法。
【請求項２】
前記関数は、
【数１】
2006146437.tif 000010
で表される請求項１に記載の形状決定方法。
【請求項３】
第１の面と第２の面とを滑らかに接続するフィレット面の形状を決定する形状決定機能を備えた３次元形状処理装置であって、
前記第１の面と前記フィレット面と前記第２の面とを繋いだ稜線を２階以上微分可能な関数を用いて、前記フィレット面を作成する３次元形状処理装置。
【請求項４】
第１の面と第２の面とを滑らかに接続するフィレット面の形状決定をコンピュータシステムに実行させるための形状決定プログラムであって、
前記第１の面と前記フィレット面と前記第２の面とを繋いだ稜線を２階以上微分可能な関数を用いて、前記フィレット面を作成するステップを具備する形状決定プログラム。
【請求項５】
第１の面と第２の面とを滑らかに接続するフィレット面の形状を決定する際に、前記第１の面と前記フィレット面と前記第２の面とを繋いだ稜線を２階以上微分可能な関数を用いて、前記フィレット面が作成された３次元形状データに基づいて作成された成形型。
【請求項６】
第１の面と第２の面とを滑らかに接続するフィレット面を備え前記第１の面と前記フィレット面と前記第２の面とを繋いだ稜線が２階以上微分可能な関数によって形成された成形品。
【請求項７】
第１の面と第２の面とを滑らかに接続するフィレット面の形状を決定する際に、前記第１の面と前記フィレット面と前記第２の面とを繋いだ稜線を２階以上微分可能な関数を用いて、前記フィレット面が作成された３次元形状データに基づいて作成された型に、プレス素材をプレスすることにより、成形品を製造する成形品の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、面と面とを接続するフィレット面を作成する形状決定方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
通常、高品質のプレス成形品が得られるようにするために、量産に入る前に金型形状の検討が行われる。従来は、実際に成形型を作製し、この成形型を用いてプレス成形品を製造し、この成形品を三次元成型解析（形状不良の有無、欠けの有無、割れの有無）することにより、除々に成形型を修正し、最良の成形型モデルを完成させている。
しかしながら、上述のような従来の手法では、成型品の解析及び成形型の修正に多くの時間と労力を要することから、最近では、シミュレーションにより、プレス成形時に発生する形状不良やその対策を事前に予測して、最適の成形型形状を模索できる技術が開発されている。
シミュレーションにおいて、成形型モデルを作成する場合には、理想的な成形品の線データから成形型の形状モデルを作成する必要がある。このとき、成形型の形状モデルに角部が存在する場合には、これらの角部を滑らかに繋ぐフィレット面を作成する必要がある。
例えば、特開平１１−３４３９号公報（特許文献１）には、線データから作成されたプレス成形解析モデルに対して、半径を入力するという簡単な操作によってフィレット面を形成することができるようにしたプレス成形解析用モデル作成方法が開示されている。
【特許文献１】特開平１１−３４３９号公報（第２−６頁、第２図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、上記特許文献１に開示されているプレス形成解析用モデル作成方法では、フィレット面を円弧によってしか接続することができないため、面とフィレット面との境界部における曲率が不連続となる。
例えば、第１の面と第２の面とをフィレット面により滑らかに接続する場合、第１の面とフィレット面との境界部並びにフィレット面と第２の面との境界部において、曲率が不連続となる。そして、このような曲率が不連続になる構成を有する成形型は、成形品にしわや亀裂を生じさせるという問題があった。
【０００４】
本発明は、上記問題を解決するためになされたもので、２つの面を滑らかに、且つ、連続的に連結するフィレット面の形状を作成することが可能な形状決定方法及び３次元形状処理装置並びに形状決定プログラムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題を解決するために、本発明は以下の手段を採用する。
本発明は、第１の面と第２の面とを滑らかに接続するフィレット面の形状を決定する形状決定方法であって、前記第１の面と前記フィレット面と前記第２の面とを繋いだ稜線を２階以上微分可能な関数を用いて、前記フィレット面を作成する形状決定方法を提供する。
【０００６】
本発明によれば、前記第１の面と前記フィレット面と前記第２の面とを繋いだ稜線を２階以上微分可能な関数を用いて、フィレット面を作成するので、フィレット面により接続された曲面全体は、その稜線が２階以上微分可能な曲線により表される曲面となる。従って、滑らかに、且つ、連続的に、２つの面を接続することが可能となる。言い換えると、フィレット面により接続された曲面全体の断面形状の曲率を連続的に、且つ、滑らかに変化させることができる。
上記曲面には、平面も含まれる。
上記関数は、例えば、指数関数又は正弦関数又は余弦関数或いはこれらの少なくとも２つの関数を合成した合成関数などを含む。
【０００７】
上記記載の形状決定方法において、前記関数は、
【数２】
2006146437.tif 000003
で表されることが好ましい。
【０００８】
このような関数ｆ（ｘ）を用いて、フィレット面を作成するので、上記係数ｋ１及びｋ２を適宜設定することにより、フィレット面により接続される第１の面の稜線と第２の面の稜線とが交わる角度及びフィレット断面の弧の形状を自由に変化させることが可能となる。これにより、設計条件に合わせて自由に曲面を設計することが可能となる。
【０００９】
本発明は、第１の面と第２の面とを滑らかに接続するフィレット面の形状を決定する形状決定機能を備えた３次元形状処理装置であって、前記第１の面と前記フィレット面と前記第２の面とを繋いだ稜線を２階以上微分可能な関数を用いて、前記フィレット面を作成する３次元形状処理装置を提供する。
【００１０】
本発明は、第１の面と第２の面とを滑らかに接続するフィレット面の形状決定をコンピュータシステムに実行させるための形状決定プログラムであって、前記第１の面と前記フィレット面と前記第２の面とを繋いだ稜線を２階以上微分可能な関数を用いて、前記フィレット面を作成するステップを具備する形状決定プログラムを提供する。
【００１１】
本発明の３次元形状処理装置並びに形状決定プログラムによれば、前記第１の面と前記フィレット面と前記第２の面とを繋いだ稜線を２階以上微分可能な関数を用いて、フィレット面を作成するので、簡易な処理により、滑らかに、且つ、連続的に、２つの面を接続することが可能となる。
【００１２】
本発明は、第１の面と第２の面とを滑らかに接続するフィレット面の形状を決定する際に、前記第１の面と前記フィレット面と前記第２の面とを繋いだ稜線を２階以上微分可能な関数を用いて、前記フィレット面が作成された３次元形状データに基づいて作成された成形型を提供する。
【００１３】
本発明の成形型は、フィレット面により接続された曲面全体の断面形状の曲率変化が連続的、且つ、滑らかであるので、プレス成形の際に、折れ部の応力集中を防ぐことが可能となる。これにより、製品に生ずるしわや亀裂などの不具合を大幅に低減させることができる。この結果、プレス成形品の仕上がり品質を向上させることができる。
【００１４】
本発明は、第１の面と第２の面とを滑らかに接続するフィレット面を備え前記第１の面と前記フィレット面と前記第２の面とを繋いだ稜線が２階以上微分可能な関数によって形成された成形品を提供する。
【００１５】
本発明は、第１の面と第２の面とを滑らかに接続するフィレット面の形状を決定する際に、前記第１の面と前記フィレット面と前記第２の面とを繋いだ稜線を２階以上微分可能な関数を用いて、前記フィレット面が作成された３次元形状データに基づいて作成された型に、プレス素材をプレスすることにより、成形品を製造する成形品の製造方法を提供する。
【００１６】
本発明の成形品の製造方法によれば、フィレット面により接続された曲面全体の断面形状の曲率変化が連続的、且つ、滑らかである型に、プレス素材をプレスして成形品を製造するので、プレス成形の際に、折れ部の応力集中を防ぐことが可能となる。これにより、製品に生ずるしわや亀裂などの不具合を大幅に低減させることが可能となる。この結果、プレス成形品の仕上がり品質を向上させることができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の形状決定方法によれば、フィレット面によって、滑らかに、且つ、連続的に２つの面を接続することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下に、本発明にかかる３次元形状処理装置の一実施形態について、図面を参照して説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る３次元形状処理装置の概略構成を示すブロック図である。図１に示すように、本実施形態に係る３次元形状処理装置は、ＣＡＤ（Computer
Aided Design）やＣＡＭ（Computer Aided Manufacturing）などのコンピュータシステムであり、ＣＰＵ（中央演算処理装置）１、ＲＡＭ（Random
Access Memory）などの主記憶装置２、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）などの補助記憶装置３、キーボードやマウスなどの入力装置４、及びプリンタなどの出力装置５などを備えて構成されている。
補助記憶装置３には、各種プログラムが格納されており、ＣＰＵ１が補助記憶装置３からプログラムをＲＡＭなどの主記憶装置２に読み出し、実行することにより、例えば、フィレット面の作成処理、３次元形状モデルの作成処理、作成されている３次元モデルの変形処理などを実現させる。
【００１９】
次に、上述のような構成を備える３次元形状処理装置において、２つの面を滑らかに接続するフィレット面の形状を決定する形状決定方法について説明する。
なお、以下に示す形状決定方法は、３次元形状処理装置が備えるＣＰＵ１が補助記憶装置３に格納されている形状決定プログラムをＲＡＭなどに読み出し、実行することにより、実現されるものである。
まず、フィレット関数を用いることにより、曲率が滑らかに、且つ、連続的に変化するフィレット面を作成する。
ここで、フィレット関数とは、例えば、２つの曲面に共通する稜線の曲率を滑らかに、且つ、連続的に変化させる関数である。このフィレット関数は、例えば、以下の（１）により与えられる。
【００２０】
【数３】
2006146437.tif 000004
【００２１】
以下、本実施形態で用いられるフィレット関数の導出過程について、説明する。
【００２２】
まず、最終的に求めたい形状、つまり、曲率が滑らかに、且つ、連続的に変化する曲線の関数を考える。ここで、「曲率が滑らかに、且つ、連続的に変化する」とは、この曲線が２階以上微分可能な関数によって表されることを意味する。
ここでは、２階以上微分可能な関数の一例として、直交する線分の角を滑らかに接続した曲線ｆ（ｘ）を使用する。ｆ（ｘ）は、以下に示す（２）式により表される。
【数４】
2006146437.tif 000005
ここで、
【数５】
2006146437.tif 000006
である。
【００２３】
上記ｆ（ｘ）のグラフを図２に、φ（ｔ）のグラフを図３に示す。図２に示すように、ｆ（ｘ）において、フィレット面が作成される範囲は、−１＜ｘ＜１の範囲となる。また、上記（２）式において、φ（ｔ）はｆ（ｘ）の被積分関数であり、ｆ（ｘ）の変化の割合、すなわち、ｆ（ｘ）の微分値を示す。さらに、上記（３）式において、φ（ｔ）の被積分関数が、
【数６】
2006146437.tif 000007
【００２４】
以上のことから、−１＜ｘ＜１の範囲におけるφ（ｔ）を変化させることにより、図２に示した互いに交わる２直線を滑らかに接続している接合部（以下、「フィレット部」という。）Ｆの膨らみ加減を変化させることが可能となる。
ここで、
【数７】
2006146437.tif 000008
は、指数関数であり、その形状はｕの関数増加率により変化することとなる。そこで、以下の（５）式に示すように、−１＜ｔ＜１の範囲における被積分関数のｕの累乗の項を係数ｋ１とし、この係数ｋ１を適宜変化させることで、φ（ｔ）を変化させることが可能となり、図２に示したフィレット部Ｆの膨らみ加減を変化させることができる。
【００２５】
【数８】
2006146437.tif 000009
【００２６】
次に、図２に示した線分の傾きを図４に示すような傾きに変化させるには、上記（２）式に表したｆ（ｘ）をｋ２倍すればよい。これを式で表すと上述した（１）式を得ることができる。
このとき、係数ｋ２を変化させたとしても、φ（ｔ）自体には影響を与えない。従って、「曲率が滑らかに、且つ、連続的に変化するフィレット面」という特性を保ちながら、このフィレット面により接続される線分の傾き、つまり、２つの線分のなす角度を変化させることが可能となる。
２つの線分のなす角度と係数ｋ２との関係は、以下に示すとおりである。
図５に示すように、２つの線分のなす角度をθとすると、ｆ（ｘ）はｘ＝０に対して対称となるため、２つの線分とｘ軸とがなす角度は、（π/2−θ/2）となる。これにより、係数ｋ２と角度θとの関係は、ｋ２/１＝tan（π/2−θ/2）となり、最終的に以下の（６）式にて表される。
k2＝tan（π/2−θ/2）      （6）
【００２７】
以上述べたように、上記（１）式に示したフィレット関数において、係数ｋ１を適宜変化させることにより、フィレット部の膨らみ具合を図６に示すように変化させることができる。図６では、ｋ１を０．１、０．５、１．０、２．０、５．０、１０．０と変化させたときの、膨らみ具合を示している。ｋ１の値が大きくなるほど、膨らみが小さく（内側に向かう方向）なる。なお、最も内側に示されている曲線は、膨らみ方の比較のために示した曲率半径８の円弧である。
また、係数ｋ２を適宜変化させることにより、図７に示すように、直交する２つの線分だけではなく、所定の角度をもって交わっている２つの線分についても滑らかなフィレット面を作成することが可能となる。図７では、２つの線分のなす角θが、９０°、１２０°、１３５°、１５０°、１８０°の場合のフィレット面の形状を示している。
【００２８】
そして、このフィレット関数を用いて、例えば、成形型モデルの３次元形状データを作成することにより、成形型モデルの全てのフィレット面を、曲率が滑らかに、且つ、連続的に変化する面として作成することができる。
従って、このような成形型モデルに基づいて成形型を製作することにより、フィレット面により接続された曲面全体の断面形状の曲率変化が滑らか、且つ、連続的である成形型を得ることができる。そして、この成形型に成形素材シトをプレスして成形品を製造することにより、しわや亀裂の極めて少ない成形品を得ることができる。
【００２９】
以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の一実施形態に係る３次元形状処理装置の概略構成を示すブロック図である。
【図２】（２）式により表されるｆ（ｘ）のグラフを示す図である。
【図３】（３）式及び（４）式により表されるφ（ｔ）のグラフを示す図である。
【図４】図２に示した線分の傾きを変化させた図である。
【図５】２つの線分のなす角度と係数ｋ２との関係を説明するための図である。
【図６】ｋ１を変化させたときのフィレット面の形状の一例を示す図である。
【図７】ｋ２を変化させたときのフィレット面の形状の一例を示す図である。
【符号の説明】
【００３１】
１  ＣＰＵ
２  主記憶装置
３  補助記憶装置
４  入力装置
５  出力装置
【図１】
2006146437.tif 000011
【図２】
2006146437.tif 000012
【図３】
2006146437.tif 000013
【図４】
2006146437.tif 000014
【図５】
2006146437.tif 000015
【図６】
2006146437.tif 000016
【図７】
2006146437.tif 000017